CN109039780A - 自动搜索以及自动配置交换机路由的程序 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种自动搜索以及自动配置交换机路由的程序,运行在Rapidio网络的主终端上,包含以下程序步骤:步骤1、自动搜索Rapidio网络,采集Rapidio网络中的各交换机的互连信息和交换机上连接的终端信息;步骤2、根据步骤1的结果识别Rapidio网络中任意二个终端之间的最佳路径;步骤3、为每条最佳路径分配交换机端口,使交换机的负载均衡;步骤4、根据得到的最佳路径以及分配的交换机端口信息,向各个交换机添加路由信息。本发明在很大程度上,把系统维护人员解放出来了,减少人工维护系统所带来的错误以及成本,提升代码的技术成熟度和可用性,提高了软件产品的质量。
Description
技术领域
本发明属于现代电子系统中的通信领域,特别涉及到嵌入式航电设备的机载通信。
背景技术
Rapidio技术主要面向高性能嵌入式系统的互连通信,可以在4对差分线上实现10Gps的有效传输效率。由于它在路由,交换,容错纠错,使用方便性上有较完善的考虑,所以在嵌入式系统,3G/4G移动通信基站,以及高性能数字信号处理系统中得到了广泛的应用。
当一个系统中,存在着各种单板内的DSP/FPGA/PowerPC,各个子模块以及背板上的各种单板时,这就迫切需要一种简单,高效,可靠而且便于扩展的通信技术和手段,它能够统一实现从芯片子板到单板到全系统的连接。Rapidio技术就是这种应运而生的技术。
鉴于Rapidio自身的技术特点,建立起来的Rapidio网络,往往都是比较复杂,多闭环回路,多改动的系统,各个终端两两互通的通信链路,往往都是多条甚至可以达到上百条。
一个容易扩展的系统,它的结构必定会多有变化。传统的Rapidio网络驱动,多是软件人员设计一张静态的Rapidio网络配置信息表格,去配置和维护整个Rapidio网络的通信。当Rapidio网络的结构起变化时,就会出现终端增加或减少的情况,就需要人工去重新定义和修改网络配置信息表格。当这种变化频繁出现时,就容易出错,维护成本也会变得更高。而现有的自动搜索Rapidio网络拓扑结构的代码实现,多是不支持闭环回路的,因而有着很大的应用局限性。
发明内容
本发明针对上述问题,提出了一种自动搜索以及自动配置交换机路由的程序,支持Rapidio网络闭环回路的信息搜索方法,并在此步的基础上,实现了两两终端最佳路径的匹配识别,并能够自动完成交换机路由信息的配置。
本发明的发明目的通过以下技术方案实现:
一种自动搜索以及自动配置交换机路由的程序,运行在Rapidio网络的主终端上,包含以下程序步骤:
步骤1、自动搜索Rapidio网络,采集Rapidio网络中的各交换机的互连信息和交换机上连接的终端信息;
步骤2、根据步骤1的结果识别Rapidio网络中任意二个终端之间的最佳路径;
步骤3、为每条最佳路径分配交换机端口,使交换机的负载均衡;
步骤4、根据得到的最佳路径以及分配的交换机端口信息,向各个交换机添加路由信息。
依据上述特征,所述步骤1包含以下程序步骤:
步骤1.1、在建好的交换机数据结构模型中,设置每一个交换机的访问标志为‘0’,代表此交换机并没有被搜索到过;
步骤1.2,在自动搜索的过程中,对于第一个访问到的交换机,给它的锁值寄存器分配一个唯一特定的锁值,并把该锁值写入到交换机数据结构模型中,并把该交换机的访问标志设为‘1’,代表该交换机已经被搜索到过;
步骤1.3,此后,每搜到一个交换机,就先读取它的锁值寄存器里的锁值,和那些访问标志设为‘1’的交换机的锁值进行比较,如果都不相等,则说明该交换机是一个以前没有被搜索到过的交换机,则给它的锁值寄存器分配一个唯一特定的锁值,并把该锁值写入到交换机数据结构模型中,并把该交换机的访问标志设为‘1’;如果出现相等的情况,则说明该网络中有闭环回路,且此交换机已经被搜索过了,直接访问下一个交换机;
步骤1.4、重复步骤1.3,直至整个网络中的交换机都被搜索过了,搜索过程自动结束,将每一个交换机上面连接的终端、终端连接的端口号、交换机的互连情况、互连的端口号记录到交换机数据结构模型中,整个网络信息采集过程也自动结束。
依据上述特征,步骤2包含以下程序步骤:
步骤2.1、遍历两个终端之间所有的有效路径;
步骤2.2、从有效路径中筛选出经过交换机个数最少的最短路径,作为最佳路径;如果存在多条经过交换机个数相同的最短路径,则把找到的第一条最短路径作为最佳路径;
步骤2.3、重复步骤2.1、2.2,直至识别出整个网络中任意两个终端之间的最佳路径,并记录到交换机数据结构模型。
依据上述特征,所述步骤3包含以下程序步骤:
步骤3.1、在交换机数据结构模型中的端口结构模型中,设置交换机的各个端口的变量ratio为‘0’;
步骤3.2、若最佳路径所经过的相邻的二个交换机之间有多条通道,则选择ratio最小的端口作为最佳路径所要用到的端口,把端口需要的路由信息添加到交换机数据结构模型中,并把该端口的ratio值加‘1’;
步骤3.3、重复步骤3.2,直到把所有最佳路径的路由信息都添加到交换机数据结构模型中。
依据上述特征,所述步骤4包含以下程序步骤:
步骤4.1、在建好的交换机数据结构模型中,将各交换机的路由配置标志设为‘0’,代表此交换机并没有被配置路由信息过;
步骤4.2、找到与主终端连接的交换机,根据交换机数据结构模型中的信息,把对应的端口号和对应路由id值的配套路由信息,一条一条写入交换机的路由寄存器中,完成该交换机的路由配置,并把该交换机的路由配置标志设置为‘1’;
步骤4.3、之后,根据交换机的互连情况,找到下一个交换机,查询该交换机的路由配置标志,如果是‘0’,表示从未被配置过路由,根据交换机数据结构模型中的信息,把对应的端口号和对应路由id值的配套路由信息,一条一条写入交换机的路由寄存器中,完成该交换机的路由配置,并把该交换机的路由配置标志设置为‘1’;如果是‘1’,表示该交换机已经被配置过路由了,并且该交换机是闭环回路中的一个交换机,则自动跳过本交换机;
步骤4.4、重复步骤4.3,直至整个网络中所有的交换机都被配置过了,配置过程结束。
进一步,自动搜索以及自动配置交换机路由的程序还包含:
步骤5、将交换机数据结构模型保存至NVRAM,当Rapidio网络上电时,若Rapidio网络的拓扑结构未发生变化,则直接进行步骤4,否则进行步骤1。
本发明的有益效果在于:
鉴于以往的Rapidio网络配置方法,不支持识别交换机组成的闭环回路结构。所以,在多闭环回路的应用场景下,往往首先运用人脑来识别和熟悉整个Rapidio网络结构,再人为规划Rapidio网络中的各个终端之间的通讯路径,最后再根据人为规划的路径设置各个交换机的路由信息。
若应用场景是,只有3个到5个交换机且端口到端口间只有一条链路组成的网络结构,这种情况还不是很复杂。但是,如果网络中的交换机比较多,且组成的闭环回路出现大回路套着小回路的情况下,再由人脑来识别和规划路由,复杂程度急剧增加,容易出错。
而且,网络随时会有改动的情况,例如扩网或者减网,那么,每次又需要一次人脑识别和规划路由的过程,这对整个项目的维护来说,是不便利的。
本发明大幅度提升了自动搜索的智能化和适应性,开拓了软件应用场景,提升了软件质量和应用成熟度,减少了系统维护人员的难度。该设计方法丰富了Rapidio网络的开发和应用方法,可以被其他从事Rapidio驱动的软件设计人员作为借鉴。
附图说明
图1为Rapidio网络中的闭环回路结构示意图。
图2为Rapidio网络中最佳路径识别示意图。
图3为Rapidio网络中交换机互连示意图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明作进一步的详细说明。
本实施例所示的一种自动搜索以及自动配置交换机路由的程序,运行在Rapidio网络的主终端上,包含以下程序步骤:
步骤1、自动搜索Rapidio网络,采集Rapidio网络中的各交换机的互连信息和交换机上连接的终端信息。
参见图1所示,图中圆形代表Rapidio交换机,圆角方形代表Rapidio终端。
从图中可以看出,交换机s0,s1,s2组成一个小的闭环回路,交换机s0,s1,s3,s6,s5组成了一个大的闭环回路,当然图中还有其他的闭环回路。
因为自动搜索事先并不知道要被搜索网络的结构是什么样子的?有没有闭环?如果有的话,那么是哪几个交换机组成了闭环回路?
如果算法不支持闭环回路,在这种情况下,闭环回路中的交换机,会被搜索多次直至无数次,程序会进入一个无限循环中跳不出来。
在现有的Rapidio规范中,网络中每一个Rapidio终端都有一个唯一的id值来标识,但是Rapidio交换机却没有。这就会给我们识别交换机,带来很大的障碍。如果没有一个方法或者一个标志来识别不同的交换机,闭环回路的自动搜索就很难实现。
虽然Rapidio交换机中没有专门的寄存器来标识它的id,但是它有一个锁值寄存器。这个寄存器的作用,是主终端访问它时写入锁值的,防止交换机被其他终端非法篡改。
本实施例的具体做法为:
步骤1.1、在建好的交换机数据结构模型中,设置每一个交换机的访问标志为‘0’,代表此交换机并没有被搜索到过;
步骤1.2,在自动搜索的过程中,对于第一个访问到的交换机,给它的锁值寄存器分配一个唯一特定的锁值,并把该锁值写入到交换机数据结构模型中,并把该交换机的访问标志设为‘1’,代表该交换机已经被搜索到过;
步骤1.3,此后,每搜到一个交换机,就先读取它的锁值寄存器里的锁值,和那些访问标志设为‘1’的交换机的锁值进行比较,如果都不相等,则说明该交换机是一个以前没有被搜索到过的交换机,则给它的锁值寄存器分配一个唯一特定的锁值,并把该锁值写入到交换机数据结构模型中,并把该交换机的访问标志设为‘1’;如果出现相等的情况,则说明该网络中有闭环回路,且此交换机已经被搜索过了,所以此次搜索跳过它,直接访问下一个交换机;
步骤1.4、重复步骤1.3,直至整个网络中的交换机都被搜索过了,搜索过程自动结束,将每一个交换机上面连接的终端、终端连接的端口号、交换机的互连情况、互连的端口号记录到交换机数据结构模型中,整个网络信息采集过程也自动结束。
步骤2、根据步骤1的结果识别Rapidio网络中任意二个终端之间的最佳路径。
参见图2所示,整个交换网络由8个交换机组成,且交换机s1、s2、s3直到s7之间是两两互连的。从图中可以看出,终端e0和终端e5之间的可选路径,不止一条,其中最短的路径就是:e0,s0,s7,e5。那么其他路径,可以简单列出一部分:
e0,s0,s2,s7,e5;
e0,s0,s3,s4,s1,s7,e5;
e0,s0,s2,s6,,s7,e5;
………
e0,s0,s2,s3,s4,s5,s6,s1,s7,e5;
通过简单的分析,可以看出,终端e0和终端e5之间的最短路径,经过两个交换机;最长的路径,8个交换机全部都经过了;可选有效路径,这里是指没有重复经过同一个交换机的路径,则多达上百个。
同时,还可以看出,某些情况下,最短路径并不只有一条,例如终端e2和终端e5,其最短路径要经过三个交换机,但是可选数目却有好几条:
e2,s4,s5,s7,e5;
e2,s4,s2,s7,e5;
e2,s4,s6,s7,e5;
e2,s4,s3,s7,e5;
e2,s4,s1,s7,e5;
如果要求端与端之间能够达到最高的数据吞吐量和带宽,就必然要求端与端之间所经过交换机的个数达到最少。同时因为占用的交换机资源最少时,就必然能够减轻对其他端与端之间数据通信的影响。
本实施例的具体做法如下:
步骤2.1、根据之前自动搜索得到的Rapidio网络拓扑结构的信息,遍历两个终端之间所有的有效路径。所谓的最佳路径,就是指经过交换机数量最少的最短路径。但是,对于一个没有视觉以及大脑分析,以及每次都是未知情况的网络结构,我们的做法,就是遍历两个终端之间所有的有效路径。
步骤2.2、从有效路径中筛选出经过交换机个数最少的最短路径,作为最佳路径;如果存在多条经过交换机个数相同的最短路径,则把找到的第一条最短路径作为最佳路径;
步骤2.3、重复步骤2.1、2.2,直至识别出整个网络中任意两个终端之间的最佳路径,并记录到交换机数据结构模型。
步骤3、为每条最佳路径分配交换机端口,使交换机的负载均衡。
参见图3所示,交换机s0和交换机s1之间,有5条通道进行互连。同时,交换机s0上连有终端:e2,e4,e6,交换机s1上连有终端:e1,e3,e5。
鉴于上图硬件物理连接的情况,假设各个终端之间要两两互连,交换机s0和s1之间数据通信的情况,可能会有以下几种:
一,所有的数据通信只走一个通道,例如e2和e5的通信,经过s0端口1和s1端口2;e6和e3的通信,也经过s0端口1和s1端口2;e4和e1的通信,也经过s0端口1和s1端口2。这是一种很极端的情况,也很浪费硬件资源,原本硬件工程师在两个交换机之间设置多条通道的目的,就是为了有数条数据通道并行,提高两个交换机之间的数据带宽;
二,数据通信占用多个通道,进行部分的数据分流,除了运用s0端口1和s1端口2,还运用了s0端口2和s1端口3;
三,充分有效的利用硬件资源,把需要通信的终端,都映射到端口上了。如上图所示的情况,s0交换机,e2映射到端口7,e4映射到端口8,e6映射到端口6,e5映射到端口1,e3映射到端口2,e1映射到端口3;s1交换机,e5映射到端口4,e3映射到端口6,e1映射到端口8,e4映射到端口2,e2映射到端口3,e6映射到端口5。
所谓多端口互连的负载均衡,就是尽量把数据通道都利用起来,使每一条通道都能起到数据分流的作用,从而提高数据带宽和提升利用硬件资源的目的。
本实施例的具体做法为:
步骤3.1、在交换机数据结构模型中的端口结构模型中,设置交换机的各个端口的变量ratio为‘0’;
步骤3.2、在规划终端两两之间的路由信息时,通过之前终端最佳路径的匹配识别,得知数据通信需要经过哪几个交换机,若最佳路径所经过的相邻的二个交换机之间有多条通道,则选择ratio最小的端口作为最佳路径所要用到的端口,把端口需要的路由信息添加到交换机数据结构模型中,并把该端口的ratio值加‘1’;
步骤3.3、重复步骤3.2,直到把所有最佳路径的路由信息都添加到交换机数据结构模型中。因为每次路由数据所用到的端口,都是ratio值最小的端口,自然而然就达到了端口互连负载均衡的目的。
步骤4、根据得到的最佳路径以及分配的交换机端口信息,向各个交换机添加路由信息。
经过前面闭环回路信息的收集,各个终端最佳路径的匹配识别,以及交换机多端口互连的负载均衡优化这几个步骤,已经有充足的信息,可以进行交换机路由信息的配置了。本实施例的具体做法为:
步骤4.1、在建好的交换机数据结构模型中,将各交换机的路由配置标志设为‘0’,代表此交换机并没有被配置路由信息过;
步骤4.2、找到与主终端连接的交换机,根据交换机数据结构模型中的信息,把对应的端口号和对应路由id值的配套路由信息,一条一条写入交换机的路由寄存器中,完成该交换机的路由配置,并把该交换机的路由配置标志设置为‘1’;
步骤4.3、之后,根据交换机的互连情况,找到下一个交换机,查询该交换机的路由配置标志,如果是‘0’,表示从未被配置过路由,根据交换机数据结构模型中的信息,把对应的端口号和对应路由id值的配套路由信息,一条一条写入交换机的路由寄存器中,完成该交换机的路由配置,并把该交换机的路由配置标志设置为‘1’;如果是‘1’,表示该交换机已经被配置过路由了,并且该交换机是闭环回路中的一个交换机,则自动跳过本交换机;
步骤4.4、重复步骤4.3,直至整个网络中所有的交换机都被配置过了,配置过程结束。
步骤5、将交换机数据结构模型保存至NVRAM,当Rapidio网络上电时,若Rapidio网络的拓扑结构未发生变化,则直接进行步骤4,否则进行步骤1。
Rapidio网络信息和交换机路由信息,是可以由主终端进行保存的。当一个Rapidio网络结构比较稳定时,不会做经常的改动。这个时候,就不需要每次系统上电开启时,都要做一遍搜索拓扑结构,收集信息,以及终端之间最优路径的优化和交换机端口的负载均衡,这些信息因为网络结构的稳定,是没有变化的。所以,可以直接引用上次匹配的结果信息。
本实施例的做法,是把每一次搜索拓扑结构,终端之间最优路径的优化,以及交换机端口的负载均衡的信息,都保存在主终端的NVRAM里,时刻保持网络结构信息最新化的保存。
当进行交换机路由信息添加的动作时,提供两个选择。一,是按照此次搜索拓扑结构,终端之间最佳路径的优化和交换机端口负载均衡的信息,进行交换机路由的配置;二,提取NVRAM里面保存的信息,并根据它进行配置。
可以理解的是,对本领域普通技术人员来说,可以根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变,而所有这些改变或替换都应属于本发明所附的权利要求的保护范围。
Claims (6)
1.一种自动搜索以及自动配置交换机路由的程序,运行在Rapidio网络的主终端上,包含以下程序步骤:
步骤1、自动搜索Rapidio网络,采集Rapidio网络中的各交换机的互连信息和交换机上连接的终端信息;
步骤2、根据步骤1的结果识别Rapidio网络中任意二个终端之间的最佳路径;
步骤3、为每条最佳路径分配交换机端口,使交换机的负载均衡;
步骤4、根据得到的最佳路径以及分配的交换机端口信息,向各个交换机添加路由信息。
2.根据权利要求1所述的一种自动搜索以及自动配置交换机路由的程序,其特征在于所述步骤1包含以下程序步骤:
步骤1.1、在建好的交换机数据结构模型中,设置每一个交换机的访问标志为‘0’,代表此交换机并没有被搜索到过;
步骤1.2,在自动搜索的过程中,对于第一个访问到的交换机,给它的锁值寄存器分配一个唯一特定的锁值,并把该锁值写入到交换机数据结构模型中,并把该交换机的访问标志设为‘1’,代表该交换机已经被搜索到过;
步骤1.3,此后,每搜到一个交换机,就先读取它的锁值寄存器里的锁值,和那些访问标志设为‘1’的交换机的锁值进行比较,如果都不相等,则说明该交换机是一个以前没有被搜索到过的交换机,则给它的锁值寄存器分配一个唯一特定的锁值,并把该锁值写入到交换机数据结构模型中,并把该交换机的访问标志设为‘1’;如果出现相等的情况,则说明该网络中有闭环回路,且此交换机已经被搜索过了,直接访问下一个交换机;
步骤1.4、重复步骤1.3,直至整个网络中的交换机都被搜索过了,搜索过程自动结束,将每一个交换机上面连接的终端、终端连接的端口号、交换机的互连情况、互连的端口号记录到交换机数据结构模型中,整个网络信息采集过程也自动结束。
3.根据权利要求1所述的一种自动搜索以及自动配置交换机路由的程序,其特征在于所述步骤2包含以下程序步骤:
步骤2.1、遍历两个终端之间所有的有效路径;
步骤2.2、从有效路径中筛选出经过交换机个数最少的最短路径,作为最佳路径;如果存在多条经过交换机个数相同的最短路径,则把找到的第一条最短路径作为最佳路径;
步骤2.3、重复步骤2.1、2.2,直至识别出整个网络中任意两个终端之间的最佳路径,并记录到交换机数据结构模型。
4.根据权利要求1所述的一种自动搜索以及自动配置交换机路由的程序,其特征在于所述步骤3包含以下程序步骤:
步骤3.1、在交换机数据结构模型中的端口结构模型中,设置交换机的各个端口的变量ratio为‘0’;
步骤3.2、若最佳路径所经过的相邻的二个交换机之间有多条通道,则选择ratio最小的端口作为最佳路径所要用到的端口,把端口需要的路由信息添加到交换机数据结构模型中,并把该端口的ratio值加‘1’;
步骤3.3、重复步骤3.2,直到把所有最佳路径的路由信息都添加到交换机数据结构模型中。
5.根据权利要求1所述的一种自动搜索以及自动配置交换机路由的程序,其特征在于所述步骤4包含以下程序步骤:
步骤4.1、在建好的交换机数据结构模型中,将各交换机的路由配置标志设为‘0’,代表此交换机并没有被配置路由信息过;
步骤4.2、找到与主终端连接的交换机,根据交换机数据结构模型中的信息,把对应的端口号和对应路由id值的配套路由信息,一条一条写入交换机的路由寄存器中,完成该交换机的路由配置,并把该交换机的路由配置标志设置为‘1’;
步骤4.3、之后,根据交换机的互连情况,找到下一个交换机,查询该交换机的路由配置标志,如果是‘0’,表示从未被配置过路由,根据交换机数据结构模型中的信息,把对应的端口号和对应路由id值的配套路由信息,一条一条写入交换机的路由寄存器中,完成该交换机的路由配置,并把该交换机的路由配置标志设置为‘1’;如果是‘1’,表示该交换机已经被配置过路由了,并且该交换机是闭环回路中的一个交换机,则自动跳过本交换机;
步骤4.4、重复步骤4.3,直至整个网络中所有的交换机都被配置过了,配置过程结束。
6.根据权利要求1所述的一种自动搜索以及自动配置交换机路由的程序,其特征在于还包含:
步骤5、将交换机数据结构模型保存至NVRAM,当Rapidio网络上电时,若Rapidio网络的拓扑结构未发生变化,则直接进行步骤4,否则进行步骤1。
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